基于透射式多孔硅光子晶體微腔角度檢測裝置的生物分子檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于透射式多孔硅光子晶體微腔角度檢測裝置的生物分子檢測方法，主要的實(shí)驗(yàn)儀器為1310nm激光器和光功率檢測計(jì)（多孔硅對(duì)1310nm光波透明）；激光器以一定的角度入射到以多孔硅光子晶體微腔傳感器上，用光探測器接收透射光功率，固定激光器和光探測器，旋轉(zhuǎn)多孔硅基底，找到微腔結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最大透射光強(qiáng)功率的角度，然后添加生物改變多孔硅層折射率，再檢測透射光的最大光強(qiáng)功率對(duì)應(yīng)的角度，通過前后角度的改變，來檢測添加生物濃度。
【專利說明】基于透射式多孔硅光子晶體微腔角度檢測裝置的生物分子檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物分子的檢測方法，具體而言涉及一種基于透射光強(qiáng)的多孔硅微腔生物傳感器檢測生物分子的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]多孔硅生物傳感器的制備已經(jīng)有許多報(bào)道。例如，CN101402459A公開了一種多孔硅酸鋅的制備方法，材料為硅酸鋅呈多孔狀，其孔的孔徑為0.8?1.2 μ m、孔隙率為65?80%、比表面積為200?600m2/g ;方法的步驟為(a)使用陽極氧化法對(duì)硅基底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，獲得通孔孔徑為I?2μπι的多孔硅基底，其中，陽極氧化的電解液為0.5?
1.5: 0.5?1.5的氫氟酸:乙醇、電流密度為I?3mA/cm2、時(shí)間為160?200min,陽極氧化結(jié)束時(shí)，將陽極氧化電流瞬時(shí)增大到300?500mA/cm2，并保持0.5?1.5min, (b)將多孔硅基底和鋅粉置于流動(dòng)的氬氣和氧氣的混合氣氛中，其中，多孔硅基底位于鋅粉的下游，在1000?1200°C下反應(yīng)2.5?3.5h，制得多孔硅酸鋅?？蓮V泛地用于生物工程、催化載體、環(huán)境工程、氣敏傳感器和光電納米器件等領(lǐng)域，且方法易于工業(yè)化的大規(guī)模實(shí)施。
[0003]CN102953113A和CN103073017A分別公開了有序多孔硅和有序介孔硅納米材料的制備方法。
[0004]基于各種方法制備得到的多孔硅材料，目前來看，已經(jīng)開發(fā)出來多種用于檢測生物分子的方法。例如:
CN1922486A公開了拉曼光譜法檢測生物分子的方法。包括:a)在合適的結(jié)合條件下，使所述生物樣品與納米多孔半導(dǎo)體傳感器接觸，所述納米多孔半導(dǎo)體傳感器包括納米多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和連接到所述多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的一個(gè)或多個(gè)第一探針，所述納米多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括置于上層和下層之間的中心層，所述上層和下層都包括5至20層交替多孔性層；所述一個(gè)或多個(gè)第一探針特異性結(jié)合所述樣品中的至少一個(gè)分析物，形成一個(gè)或多個(gè)結(jié)合復(fù)合物山)在適合促進(jìn)它們的特異性結(jié)合的條件下，使所述一個(gè)或多個(gè)結(jié)合復(fù)合物與拉曼活性探針接觸；c)照射所述傳感器，以便從所述傳感器引發(fā)熒光發(fā)射，所述發(fā)射產(chǎn)生來自所述結(jié)合復(fù)合物的拉曼光譜；和d)檢測由所述結(jié)合復(fù)合物產(chǎn)生的拉曼信號(hào)；其中，與所述結(jié)合分析物有關(guān)的拉曼信號(hào)表明所述樣品中所述分析物的存在以及類型。
[0005]CN102175742A公開了一種阻抗檢測生物分子的方法。通過電化學(xué)脈沖腐蝕法制得多孔硅基片，將適配子固定其上。適配子能夠特異性識(shí)別四環(huán)素分子，并引起阻抗值的變化。利用電化學(xué)交流阻抗法比較了固定適配子前后硅片表面阻抗值的變化，以及在體系中加入不同濃度四環(huán)素后阻抗譜的變化。選擇一個(gè)合適的等效電路對(duì)測得的阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。獲得了四環(huán)素濃度與阻抗值的變化規(guī)律。傳感器的線性檢測范圍為2.079-62.37nM，檢測限為2.079nM。
[0006]CN103353521A公開了一種血糖儀測定生物標(biāo)志物的方法。采用包埋葡萄糖分子的載體脂質(zhì)體、金屬空心球、多孔碳球、多孔娃球或聚合物球作為復(fù)合標(biāo)記物，通過夾心免疫反應(yīng)或者DNA反應(yīng)引入到傳感器表面,將生物標(biāo)志物或者DNA檢測轉(zhuǎn)化為檢測最終產(chǎn)物葡萄糖，根據(jù)夾心免疫分析原理，待測生物標(biāo)志物及DNA的含量與被包埋的葡萄糖含量成正t匕，通過血糖儀檢測葡萄糖的濃度即得到生物標(biāo)志物及DNA的含量。將血糖儀發(fā)展成為了一種便攜式、萬能型的生物標(biāo)志物及DNA測定儀，構(gòu)建了基于血糖儀檢測技術(shù)的生物標(biāo)志物及DNA分析新方法，可用于各種生物標(biāo)志物、DNA的實(shí)時(shí)、在線、簡便、靈敏的測定。所用儀器設(shè)備簡單，分析成本低。
[0007]CN103979543A公開了反射法測定生物分子的方法。⑴通過電化學(xué)刻蝕方法制備多孔硅，刻蝕液為氫氟酸:無水乙醇體積比為3:1 ;優(yōu)選地電流密度為600mA/cm2，蝕刻時(shí)間為20秒；⑵將步驟⑴得到的多孔硅進(jìn)行烷氧基硅烷修飾；⑶將步驟⑵得到的烷氧基硅烷修飾的多孔硅與4- (二乙氨基)水楊醛反應(yīng)，得到帶有芳叔胺基團(tuán)的多孔硅；⑷將步驟⑶得到的帶有芳叔胺基團(tuán)的多孔硅浸泡在離子交換水中，去除殘存的有機(jī)物。經(jīng)修飾的多孔硅作為生物傳感器用于光學(xué)非標(biāo)記生物檢測。檢測靈敏度達(dá)到8400± 10nm/折射率單位以上，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)在線非標(biāo)記光學(xué)檢測生物分子。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種基于折射率變化的生物分子檢測方法。采用的傳感器件是多孔硅光子晶體微腔，這種多孔硅器件的優(yōu)點(diǎn)眾多。采用的信號(hào)采集方法是通過測量器件最強(qiáng)透射光的角度變化實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子進(jìn)行高靈敏度的檢測，比采用反射法更加方便，示意圖見附圖1所示。
[0009]本方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
實(shí)驗(yàn)裝置成本非常低廉，可做成便攜式設(shè)備(僅包含半導(dǎo)體激光器、光探測器、角度測量儀器和一些光學(xué)元件)，且檢測時(shí)間快，可用于基于多孔硅微腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成的生物陣列檢測，測量靈敏度高，用普通的角度測量儀器就能檢測10_4的折射率變化。若采用更高分辨率的角度測量儀器，則還能獲得更高的折射率測量靈敏度。本方法還可用于光學(xué)生物傳感器陣列或生物芯片的檢測。
[0010]激光波長的選擇:
檢測裝置中采用約1310 nm的激光。原因在于:a.由于多孔硅對(duì)波長在1100納米以下的入射光波存在一定的吸收，使得現(xiàn)有檢測技術(shù)要通過測量反射光來實(shí)現(xiàn)，因此這給其它非光譜檢測技術(shù)造成不便，而硅材料對(duì)約1310 nm光波幾乎沒有吸收；b.透射法采用大約1310 nm波長的光，不容易被多孔硅納米結(jié)構(gòu)和生物細(xì)胞散射，對(duì)樣品的穿透深度更深；c.可以降低多孔硅光子晶體因界面粗糙引起的隨機(jī)誤差；d.1310 nm可以和現(xiàn)有光纖技術(shù)兼容，日后可以為傳感信號(hào)的光纖傳輸?shù)於ɑA(chǔ)；e.對(duì)活體細(xì)胞和組織的光損傷更小。
[0011]入射角度的選擇:
采用小角度入射，一方面方便旋轉(zhuǎn)傳感器，一方面靈敏度會(huì)提高，如下附圖2所示:給出的是當(dāng)折射率增加Λη =0.0001時(shí)，檢測激光入射角Θ和Λ Θ關(guān)系圖。從圖2中可以看出，當(dāng)入射角Θ逐漸增大時(shí)，Δ Θ逐漸變小。因此，盡可能在角度不大的情況下檢測。普通的角度測量儀器的分辨率為I’ =0.0167°。通過計(jì)算，對(duì)應(yīng)可檢測到的最小折射率的變化可達(dá)到10_4。若使用高精度的轉(zhuǎn)角儀，則可檢測到更小的折射率變化。測量原理圖見圖3和圖4，其中采用單一波長1310 nm的可見激光(如He-Ne激光器，半導(dǎo)體激光器)入射PSM，PSM的AC預(yù)先設(shè)計(jì)為等于1310 nm。激光垂直入射PSM，將全部透過PSM而出現(xiàn)最強(qiáng)透射光強(qiáng)。當(dāng)PSM器件中因發(fā)生生物反應(yīng)而導(dǎo)致折射率變化Λ η (如0.01)時(shí)，激光垂直入射PSM，最強(qiáng)透射峰偏離1310 nm，此時(shí)改變激光入射角度到某一角度(如5° )時(shí)，透射光再次出現(xiàn)最強(qiáng)值。通過測量變化的入射激光角度Λ Θ，可得到折射率變化Λ η。
[0012]目前，本領(lǐng)域中常用的光譜分析技術(shù)中，所采用的光學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備分辨率一般為0.lnm。而通過理論計(jì)算，采用光子晶體微腔反射譜法，無法檢測出10_4的折射率變化。市場上非常好的光學(xué)光譜檢測設(shè)備的分辨率為0.0lnm (價(jià)格非常昂貴)，檢測折射率變化Λη才能達(dá)到10_4。采用本發(fā)明方法，實(shí)驗(yàn)裝置成本非常低廉，可做成便攜式設(shè)備(僅包含LD、光探測器、角度測量儀器和一些光學(xué)元件)，且檢測時(shí)間快，可用于基于多孔硅微腔結(jié)構(gòu)構(gòu)成的生物陣列檢測，測量靈敏度高，用普通的角度測量儀器就能檢測10_4的折射率變化。
[0013]因此，本發(fā)明提供一種基于透射式多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測方法，通過測量最強(qiáng)透射光的角度變化就可對(duì)生物分子進(jìn)行高靈敏度的檢測。這種檢測方法成本低廉，體積?。粶y量靈敏度高，檢測靈敏度達(dá)到12000± 10nm/折射率單位以上；可方便的用于多孔硅生物傳感器陣列或生物芯片的檢測。
[0014]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下。
[0015]一種基于透射式的生物分子檢測方法，其特征在于:主要的實(shí)驗(yàn)儀器為1310nm激光器和光功率檢測計(jì)；激光器以一定的角度入射到以多孔硅微腔為基底的傳感器上(傳感器已被功能化和加入了生物探針)，用光功率檢測計(jì)接收透射光，固定激光器和光功率檢測計(jì)，旋轉(zhuǎn)多孔硅基底，找到微腔結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最大透射光強(qiáng)功率的角度，然后添加目標(biāo)生物分子，發(fā)生生物反應(yīng)導(dǎo)致器件的多孔硅層折射率改變，再檢測透射光的最大光強(qiáng)功率對(duì)應(yīng)的角度，通過前后角度的改變，來檢測添加生物濃度。
[0016]優(yōu)選地，多孔硅光子晶體微腔需要功能化處理，功能化主要包括三個(gè)過程:氧化，硅烷化、戊二醛處理。更加優(yōu)選地，使用間苯二甲醛或?qū)Ρ蕉兹┗蜞彵蕉兹┨娲於┦褂?，可以進(jìn)一步提高檢測靈敏度，最優(yōu)選間苯二甲醛或?qū)Ρ蕉兹?yōu)選地，使用環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑或乙烯基硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行硅烷化處理，也可以提高檢測靈敏度，例如KH560，XD-172, XD-171, A-151 等。
[0017]優(yōu)選地，固定激光器和光功率檢測計(jì)，多孔硅置于可旋轉(zhuǎn)并測量角度的支架上。
[0018]優(yōu)選地，制備多孔硅微腔的硅片是電阻率為0.03-0.04 Ω cm,厚度為420± 10 μ m，〈100〉晶向的P型摻硼單晶硅；電解腐蝕槽為聚四氟乙烯單槽結(jié)構(gòu)，硅片為陽極，銅片為陰極；使用體積比1:1的氫氟酸(HF，分析純，濃度為40%)和酒精(C2H5OH,分析純，濃度^ 99%)的混合液作為電解液。
[0019]優(yōu)選地,制備多孔娃微腔的娃片采用電化學(xué)方法腐蝕，通過使用計(jì)算機(jī)Labview程序，交替改變電流密度和腐蝕時(shí)間，在室溫條件下對(duì)單晶硅片進(jìn)行腐蝕；首先對(duì)高折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為50-80mA/cm2，腐蝕時(shí)間為3_4s ;然后對(duì)低折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為100-120mA/cm2，腐蝕時(shí)間為3_4s ;對(duì)微腔層進(jìn)行腐蝕，電流密度為100-120mA/cm2，腐蝕時(shí)間為9-lOs ;為保證每一層相對(duì)均勻，及時(shí)補(bǔ)充氟離子的濃度，在每一層形成后，電流停頓3-4s。本發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)高折射率多孔硅層、低折射率多孔硅層、微腔層進(jìn)行腐蝕的電流密度比為1:2:2時(shí)效果最佳，可以獲得最佳的靈敏度。
[0020]優(yōu)選地，所述的多孔硅作為生物傳感器用于光學(xué)非標(biāo)記生物檢測，其中待測樣品優(yōu)選是血清、組織液、毒品或興奮劑。
[0021]優(yōu)選地，激光器以一定的角度入射到以多孔硅微腔為基底的材料上之前，先通過偏光鏡，保持光波的橫電模(TE, Transverse Electric)模。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為一維多孔硅光子晶體微腔傳感器檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為入射角Θ和Λ Θ關(guān)系圖；
圖3為測量原理圖，器件折射率不變，入射光角度從0°變化到5 °前后光譜圖；
圖4為測量原理圖，入射光角度固定0°，器件折射率增加0.01前后光譜；
圖5為折射率變化與入射角度變化的關(guān)系曲線圖；
附圖標(biāo)記說明:圖1中，110為半導(dǎo)體激光器，120為偏振器，130為多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器，140為光探測器；圖3中，曲線3Α表示入射光角度為0°的光譜曲線，曲線3Β表示入射光角度為5°的光譜圖；圖4中，曲線4Α表示器件折射率增加0.01前的光譜曲線，曲線4Β表示器件折射率增加0.01后的光譜曲線；圖5中，曲線5Α表示Λ η=0的折射率變化與入射角度變化的關(guān)系曲線，曲線5Β表示Δ n=0.01的折射率變化與入射角度變化的關(guān)系曲線，曲線5C表示Δ η=0.02的折射率變化與入射角度變化的關(guān)系曲線。
[0023]

【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
⑴通過電化學(xué)刻蝕方法制備多孔硅:采用P型〈100〉晶向的摻硼單晶硅片，其電阻率為0.03 Qcm，厚度為420μπι。電解腐蝕槽為聚四氟乙烯單槽結(jié)構(gòu)，硅片為陽極，銅片為陰極。對(duì)經(jīng)過清洗后的單晶硅片進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。電解液是由40%的氫氟酸和99%的乙醇按照體積比HF: CH3CH2OH=1:1比例混合而成。通過使用計(jì)算機(jī)Labview程序,交替改變電流密度和腐蝕時(shí)間，在室溫條件下對(duì)單晶硅片進(jìn)行腐蝕。首先對(duì)高折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為60mA/cm2，腐蝕時(shí)間為3.6s ;然后對(duì)低折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為110mA/cm2，腐蝕時(shí)間為3.0s ;對(duì)微腔層進(jìn)行腐蝕，電流密度為110mA/cm2，腐蝕時(shí)間為9.0s。為保證每一層相對(duì)均勻，及時(shí)補(bǔ)充氟離子的濃度，在每一層形成后，電流停頓3s。采用濕法氧化的方法，用DMSO溶液將樣品在氧化溶液中浸泡一段時(shí)間，清洗后用高壓氮?dú)獯蹈蓚溆谩?br> [0025]⑵將步驟⑴得到的多孔硅進(jìn)行烷氧基硅烷修飾:多孔硅以質(zhì)量比為1:20分散于甲苯中，超聲處理lh，滴加Y-氨丙基三甲氧基硅烷，100°C反應(yīng)2h;反應(yīng)結(jié)束后過濾除去溶劑，用無水乙醇洗滌數(shù)次，真空干燥，即得烷氧基硅烷修飾的多孔硅；Y -氨丙基三甲氧基硅烷與多孔硅的質(zhì)量比為1:0.1 ;
⑶將步驟⑵得到的烷氧基硅烷修飾的多孔硅與戊二醛反應(yīng)，將步驟⑵得到的烷氧基硅烷修飾的多孔硅分散到無水乙醇中，超聲處理lOmin，加入戊二醛，攪拌回流6h后傾出上層懸浮液，過濾除去溶劑后用無水乙醇洗滌數(shù)次，真空干燥；烷氧基硅烷修飾的多孔硅與戊二醒的質(zhì)量比為1:5 ;
⑷將步驟⑶得到的多孔硅浸泡在離子交換水中，去除殘存的有機(jī)物。
[0026]利用乙醛與胺類物質(zhì)反應(yīng)生成西夫堿溶液，并取IuL濃度為5M的氰基硼氫化鈉溶液滴入其中以形成穩(wěn)定的培養(yǎng)液，之后將多孔娃浸入此培養(yǎng)液中培養(yǎng)2小時(shí)。將培養(yǎng)過的多孔硅片用緩沖液進(jìn)行沖洗，然后用緩沖液浸泡I小時(shí)，最后用氮?dú)獯蹈伞?br> [0027]應(yīng)用在DNA序列檢測中具體步驟如下:
A激光器以一定角度入射到多孔硅基底上，用功率接受計(jì)接受透射光，固定激光器和光功率檢測計(jì)，旋轉(zhuǎn)多孔硅基底，找到微腔結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最大透射光強(qiáng)功率的角度 B滴加DNA樣品溶液至多孔硅上 C重復(fù)步驟A，檢測透射光的最大光強(qiáng)功率對(duì)應(yīng)的角度 D通過前后角度的改變，檢測DNA樣品溶液的濃度 E分析結(jié)果
檢測靈敏度:經(jīng)檢測，實(shí)施例1所制備得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12200 ± 10nm/折射率單位。
[0028]實(shí)施例2:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于步驟(I)中對(duì)高折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為50mA/cm2;然后對(duì)低折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為lOOmA/cm2;對(duì)微腔層進(jìn)行腐蝕，電流密度為100mA/cm2。
[0029]經(jīng)檢測，實(shí)施例2所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為13000 ± 10nm/折射率單位。
[0030]實(shí)施例3:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于步驟(I)中對(duì)高折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為50mA/cm2;然后對(duì)低折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為lOOmA/cm2;對(duì)微腔層進(jìn)行腐蝕，電流密度為110mA/cm2。
[0031]經(jīng)檢測，實(shí)施例3所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12400 ± 10nm/折射率單位。
[0032]實(shí)施例4:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用對(duì)苯二甲醛。
[0033]經(jīng)檢測，實(shí)施例4所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為13100 ± 10nm/折射率單位。
[0034]實(shí)施例5:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用間苯二甲醛。
[0035]經(jīng)檢測，實(shí)施例5所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為13200 ± 10nm/折射率單位。
[0036]實(shí)施例6:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用鄰苯二甲醛。
[0037]經(jīng)檢測，實(shí)施例6所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12800 ± 10nm/折射率單位。
[0038]實(shí)施例7:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用KH570進(jìn)行硅烷化處理。
[0039]經(jīng)檢測，實(shí)施例7所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12100±100nm/折射率單位。
[0040]實(shí)施例8:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用KH560進(jìn)行硅烷化處理。
[0041]經(jīng)檢測，實(shí)施例8所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為13000 ± 10nm/折射率單位。
[0042]實(shí)施例9:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用A-151進(jìn)行硅烷化處理。
[0043]經(jīng)檢測，實(shí)施例9所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12700 ± 10nm/折射率單位。
[0044]實(shí)施例10:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用XD-171進(jìn)行硅烷化處理。
[0045]經(jīng)檢測，實(shí)施例10所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12600 ± 10nm/折射率單位。
[0046]實(shí)施例11:
其它與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于使用XD-172進(jìn)行硅烷化處理。
[0047]經(jīng)檢測，實(shí)施例11所得到的多孔硅光子晶體微腔結(jié)構(gòu)生物傳感器的檢測靈敏度為12800 ± 10nm/折射率單位。
【權(quán)利要求】
1.一種基于透射式的生物分子檢測方法，其特征在于:主要的實(shí)驗(yàn)儀器為1310nm激光器和光功率檢測計(jì)；激光器以一定的角度入射到以多孔硅微腔為基底的傳感器上，用光功率檢測計(jì)接收透射光，固定激光器和光功率檢測計(jì)，旋轉(zhuǎn)多孔硅基底，找到微腔結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最大透射光強(qiáng)功率的角度，然后添加目標(biāo)生物分子，發(fā)生生物反應(yīng)導(dǎo)致多孔硅微腔的多孔硅層折射率改變，再檢測透射光的最大光強(qiáng)功率對(duì)應(yīng)的角度，通過前后角度的改變，來檢測添加生物濃度；多孔硅光子晶體微腔需要功能化處理，功能化主要包括三個(gè)過程:氧化，硅烷化、二醛處理；固定激光器和光功率檢測計(jì)，多孔硅基底置于可旋轉(zhuǎn)并測量角度的支架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:制備多孔硅微腔的硅片采用電化學(xué)方法腐蝕，通過使用計(jì)算機(jī)Labview程序，交替改變電流密度和腐蝕時(shí)間，在室溫條件下對(duì)單晶硅片進(jìn)行腐蝕；首先對(duì)高折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為50-80mA/cm2，腐蝕時(shí)間為3-4s ;然后對(duì)低折射率多孔硅層進(jìn)行腐蝕，電流密度為100-120mA/cm2，腐蝕時(shí)間為3_4s ；對(duì)微腔層進(jìn)行腐蝕，電流密度為100-120mA/cm2，腐蝕時(shí)間為9_10s ;為保證每一層相對(duì)均勻，及時(shí)補(bǔ)充氟離子的濃度，在每一層形成后，電流停頓3-4s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:對(duì)高折射率多孔硅層、低折射率多孔硅層、微腔層進(jìn)行腐蝕的電流密度比為1:2:2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:使用間苯二甲醛或?qū)Ρ蕉兹┗蜞彵蕉兹┳鳛槎┦褂?；?yōu)選地，使用間苯二甲醛或?qū)Ρ蕉兹?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:使用環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑或乙烯基硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行硅烷化處理，優(yōu)選地使用KH560。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:制備多孔硅微腔的硅片是電阻率為0.03-0.04 Ω cm，厚度為420±10 μ m，<100>晶向的P型摻硼單晶硅；電解腐蝕槽為聚四氟乙烯單槽結(jié)構(gòu)，硅片為陽極，銅片為陰極；使用體積比1:1的濃度為40%的氫氟酸和濃度^ 99%的酒精的混合液作為電解液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的多孔硅作為生物傳感器用于光學(xué)非標(biāo)記生物檢測，其中待測樣品優(yōu)選是血清、組織液、毒品或興奮劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:激光器以一定的角度入射到以多孔硅微腔為基底的材料上之前，先通過偏光鏡，保持光波的TE模。
【文檔編號(hào)】G01N21/59GK104458660SQ201410646324
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】賈振紅, 呂小毅, 莫家慶, 李鵬, 王佳佳 申請(qǐng)人:新疆大學(xué)